Witor Wolf.

A atividade de extensão visa promover a divulgação do curso de Engenharia de Materiais e Manufatura da EESC-USP em escolas de ensino médio, com ênfase nas instituições públicas de São Carlos e região. Busca-se apresentar aos estudantes o papel e as áreas de atuação do Engenheiro de Materiais e Manufatura, destacando oportunidades acadêmicas e profissionais oferecidas pela USP, como bolsas de estudo, programas de pesquisa, intercâmbios, auxílios permanência e políticas de cotas. As ações serão desenvolvidas de forma dialógica, por meio de palestras e atividades interativas que aproximem os alunos da realidade universitária e do campo da Ciência e Engenharia de materiais. Os estudantes da USP envolvidos na AEX participarão ativamente do planejamento, elaboração de materiais de divulgação (slides, vídeos, folders), execução das atividades e avaliação de impacto, promovendo um aprendizado mútuo entre universidade e comunidade escolar.

As fases metálicas quasicristalinas apresentam estruturas atômicas que rompem as leis da cristalografia tradicional, uma descoberta de Daniel Shechtman nos anos 1980, laureada com o Prêmio Nobel de Química em 2011. Devido a sua estrutura atômica, esses materiais apresentam características físico-químicas que as conferem propriedades notáveis, especialmente nas superfícies, como baixa energia superficial, baixo coeficiente de atrito contra outros sólidos, elevado módulo de elasticidade e dureza e elevada resistência à corrosão. Além disso, essas fases podem apresentar significativa atividade catalítica após funcionalização superficial. Essas características tornam os quasicristais promissores para diversas aplicações envolvendo engenharia de superfícies, por exemplo, como materiais para proteção tribológica e eletroquímica. Entretanto a fragilidade apresentada por essas fases representa um dos maiores desafios para a aplicação tecnológica desses materiais. Para superar isso, os estudos mais recentes são focados na fabricação de compósitos contendo matrizes tenazes para fornecer um reforço contra a fragilidade das fases quasicristalinas. Um dos focos do presente projeto será a obtenção de superfícies metálicas com fases quasicristalinas refinadas embebidas em matriz de alumínio, com elevada resistência ao desgaste e corrosão. Para isso, diferentes técnicas de fabricação e processamento de ligas, incluindo refusão superficial por laser, serão usadas. O segundo foco do projeto está na avaliação das propriedades catalíticas de superfícies quasicristalinas, em relação à degradação de poluentes orgânicos de meios aquosos. Para esse estudo, partículas quasicristalinas serão fabricadas por atomização e moagem de alta energia. Por fim, estudos recentes indicam o potencial de aplicação de quasicristais como bactericidas. Nesse sentido, o projeto explorará a capacidade de aplicação desses materiais como fungicidas, ampliando suas aplicações ambientais e biológicas.

O presente projeto tem como objetivo realizar um estudo sobre como as principais universidades do mundo têm utilizado metodologias ativas de ensino em disciplinas dos cursos de Engenharia de Materiais. Além disso, o presente projeto também buscará realizar a implementação de metodologias ativas em disciplinas de graduação sob coordenação do proponente do projeto, com destaque para as disciplinas de Ciência e Engenharia dos Materiais, Seleção de Materiais e Projeto e Tratamento Térmico dos Metais e Ligas.

PROGRAMA DE APOIO PEDAGÓGICO (PAP) - TUTORIA - EDITAL 01/2025. O método didático tradicional (Jesuítico) de ensino, que contempla o uso de aulas expositivas reforçadas por listas de exercícios e avaliações por meio de provas, é utilizado desde antes de 1600. Embora seja eficaz para muitas disciplinas das áreas de Ciências Exatas, diversos estudos na área de educação têm apontado maior eficiência no aprendizado quando são empregadas metodologias ativas de ensino, como Problem-Based Learning (aprendizado baseado em problemas), Problematização, Aprendizado baseado em projetos, Sala de aula invertida, entre outros métodos desenvolvidos nas últimas décadas.Entretanto, a implementação eficiente dessas metodologias não é simples, especialmente em disciplinas da área de Exatas, que demandam uma base teórica densa e específica. Muitas vezes, tal fundamentação teórica não pode ser transmitida integralmente utilizando apenas essas metodologias, sem comprometer a formação sólida dos estudantes.Nesse contexto, o presente projeto tem como objetivo realizar um estudo sobre como as principais universidades do mundo têm utilizado metodologias ativas de ensino em disciplinas dos cursos de Engenharia de Materiais, com destaque para a disciplina de Ciência e Engenharia dos Materiais. O(a) tutor(a), em conjunto com o supervisor (proponente deste documento), realizará inicialmente um levantamento bibliográfico sobre o tema, discutindo métodos que sejam viáveis para aplicação em turmas grandes, como a da disciplina SMM0193, Engenharia e Ciência dos Materiais I, que será oferecida pelo proponente no semestre 2025-01. Na etapa seguinte, o docente e o tutor aplicarão um dos métodos selecionados e, ao final, conduzirão uma avaliação crítica do impacto da técnica na qualidade do ensino, conforme a percepção dos estudantes.

Bolsa Produtividade em Pesquisa CNPq - PQ - Nível C

Quasicristais são caracterizados por apresentarem estruturas atômicas que desobedecem a certas leis da cristalografia tradicional. Foram reportados pela primeira vez na década de 80 e têm sido estudados para aplicações como materiais de proteção e revestimentos, devido à algumas de suas propriedades como baixo coeficiente de atrito, baixa energia superficial, baixa condutividade térmica, elevada dureza e módulo elástico, entre outras. As fases quasicristalinas são frágeis em temperatura ambiente, apresentando apenas alguma deformação plástica em temperaturas elevadas. A fragilidade desses materiais é uma das principais razões pelas quais diversos estudos têm buscado a fabricação de uma microestrutura compósita com essas fases embebidas em matrizes dúcteis, principalmente na fase Al-CFC (#945;-Al). A descoberta da possibilidade de obtenção dessa microestrutura, em um sistema metálico quaternário (Al-Cu-Fe-Cr), por métodos de solidificação convencional abriu inúmeras possibilidades de processamento para fabricação de compósitos quasicristalinos, especialmente para proteção tribológica, já que as microestruturas obtidas são adequadas para tal proteção. O presente projeto tem como objetivo a continuidade de tal pesquisa para a obtenção dos referidos compósitos com uma microestrutura com um nível baixo de defeitos macroscópicos e com controle de formação e distribuição de fases. Isso será feito através de métodos de solidificação, desde fundição convencional seguido de tratamentos térmicos até processos que envolvam elevadas taxas de resfriamento, como refusão superficial por laser.

Descrição: Esse estudo propõe o desenvolvimento de materiais com estrutura de poros controlada para aplicações mecânicas, ambientais e biomédicas. A porosidade de um material possui importante papel no seu comportamento térmico, elétrico, mecânico, catalítico e biológico, dentre outros. Embora o uso de materiais porosos seja promissor em diversas aplicações, ainda existem desafios tecnológicos a serem superados no que se refere ao controle de suas microestruturas e estruturas de poros. Nesse contexto, faz-se necessário o desenvolvimento de processos que permitam o controle estrutural de sólidos porosos em diferentes escalas de tamanho. Ligas de alumínio endurecidas por precipitação do sistema Al-Cu, quasicristais do sistema Al-Cu-Fe e Al-Cu-Fe-Cr e vidros bioativos serão utilizados nesse estudo. Em um primeiro momento esses materiais serão obtidos na forma de pó para os metais via atomização, e particulados para o vidro bioativo por processamento sol-gel. Em seguida, serão preparados scaffolds por meio do processo freeze-casting (moldagem por congelamento), sinterização, tratamentos térmicos e/ou químicos. Serão analisados os parâmetros de processos (como condições de congelamento, cargas de sólido, temperaturas de tratamento térmico e tipos de ataque químico) para se obter uma estrutura de poros controlada em conjunto com a microestrutura adequada às propriedades propostas. Se concretizada de maneira eficiente, tratará de uma metodologia simples, barata e de fácil escalabilidade. Serão avaliadas as propriedades estruturais, mecânicas, catalíticas e biológicas dos materiais obtidos. Essa proposta multidisciplinar representa uma parceria entre docentes e pesquisadores de diferentes universidades brasileiras. O grupo de pesquisa envolvido nesse estudo, apesar de emergente, possui experiência nos processos e aplicações propostas, o que demonstra a exequibilidade do projeto.

Fases metálicas quasicristalinas são caracterizadas por apresentarem estruturas atômicas quedesobedecem a certas leis da cristalografia tradicional. Elas foram reportadas pela primeira vezna década de 80 por Daniel Shechtman, que em 2011 recebeu o prêmio Nobel de Química por taldescoberta. Sua estrutura atômica (e eletrônica) leva ao aparecimento de algumas propriedadesfísico-químicas muito interessantes, principalmente quando se fala de suas propriedadessuperficiais. As características superficiais que serão abordadas no presente projeto serão: baixocoeficiente de atrito em deslizamento com outros materiais sólidos, baixa energia superficial eelevada atividade catalítica após lixiviação. Essas três características conferem aos quasicristaisforte potencial de aplicação como superfícies para proteção contra desgaste e atrito e superfíciescom elevada atividade catalítica, por exemplo, para aplicação como agente de descontaminaçãode águas contaminadas com poluentes orgânicos. Um dos grandes desafios na aplicação dosquasicristais reside em sua elevada fragilidade mecânica. Uma das maneiras de superar esseproblema é através da fabricação de compósitos com uma matriz dúctil que promova o reforçomecânico das fases quasicristalinas. A obtenção desses compósitos é geralmente realizada detrês formas: fundição convencional, solidificação rápida e metalurgia do pó. No presente projeto,processos de fundição serão usados para fabricar compósitos e estudar seu comportamento ematrito e desgaste enquanto, para o estudo de suas propriedades catalíticas, serão empregadosprocessos de atomização para fabricação de pós metálicos desses compósitos, seguido daobtenção de espumas desses materiais para avaliar seu potencial uso em atividades catalíticas.As atividades catalíticas serão estudadas com relação ao poder desses materiais dedescontaminar meios aquosos contendo poluentes orgânicos, como por exemplo, corantes efármacos

Fases metálicas complexas são caracterizadas por apresentarem estruturas contendo um grande número de átomos em sua unidade estrutural básica, como por exemplo, fases quasicristalinas. Esses materiais possuem características interessantes para aplicação como revestimentos de proteção devido a algumas propriedades funcionais que podem apresentar como: elevada dureza, baixo coeficiente de atrito, baixa energia de adesão superficial, entre outras. Estudos que relacionam os gastos energéticos e financeiros que são decorrentes de atrito e desgaste estimam que cerca de 20% da energia total consumida na indústria é decorrente de perdas por atrito e que 3% dessa energia é gasta na remanufatura de peças. O grande desafio na aplicação dos quasicristais como revestimentos contra desgaste e atrito reside na baixa tenacidade a fratura apresentada pelos mesmos. Uma das maneiras de se superar esse problema é através da fabricação de compósitos compostos de uma matriz dúctil reforçado por quasicristais. Dessa forma, um balanço entre as propriedades de interesse dos quasicristais e a capacidade de deformação da matriz podem conferir interessantes propriedades a esses materiais. Compósitos quasicristalinos em geral somente podem ser fabricados por processos que envolvem metalurgia do pó ou utilizando técnicas de solidificação rápida. A fabricação de compósitos por métodos de solidificação convencional é apenas possível em ligas que apresentem um campo de estabilidade termodinâmica entre a fase quasicristalina e o metal de matriz, o que dificilmente ocorre. Recentemente, foi descoberto que o sistema quaternário Al-Cu-Fe-Cr, pode apresentar a formação de uma fase quasicristalina com presença da fase alumínio CFC após fabricação por fundição em forno a arco seguido de um tratamento térmico. Isso indica que esse sistema é promissor para a fabricação de compósitos de matriz de alumínio com quasicristais como fase de reforço através de meios convencionais de fabricação. No presente projeto propõe-se o desenvolvimento e caracterização de ligas Al-Cu-Fe-Cr formadoras desses compósitos.

Ligas quasicristalinas exibem uma variedade de interessantes propriedades, incluindo elevada dureza, baixo coeficiente de atrito, elevada resistência a corrosão em meio ácido, elevada resistência a oxidação e baixa condutividade térmica. Essas características tornam essas ligas candidatas a aplicação como revestimentos, por exemplo, na indústria do petróleo, que apresenta problemas relacionados à corrosão, desgaste e formação de depósitos orgânicos nos dutos de transporte de petróleo e seus derivados. A maior parte das ligas quasicristalinas é à base de alumínio e essas fases formam-se em uma faixa de composição química muito particular. Diante disso, um projeto de doutorado foi proposto, com o objetivo de fabricar fases quasicristalinas em ligas de alumínio através de uma seleção de sistemas a base de alumínio que formam essas fases e através de variações composicionais dessas ligas. O departamento de Engenharia Mecânica e Ciência dos Materiais da Universidade de Yale (New Haven, EUA) possui uma excelente estrutura de desenvolvimento de materiais metálicos através do uso do processo de "magnetron co-sputtering" que permite o uso da chamada análise combinatorial para descoberta de novos materiais. Essa técnica permite a fabricação de centenas de composições de liga em um substrato.

Ligas quasicristalinas apresentam características muito interessantes para aplicação como revestimento devido algumas de suas características como: elevada dureza, baixo coeficiente de atrito, baixa energia de adesão superficial (isto é, um material com propriedade antiaderente), elevada resistência à corrosão em meio ácido, elevada resistência à oxidação e baixa condutividade térmica. A indústria petroquímica, por exemplo, possui grandes problemas associados à corrosão, desgaste e formação de acúmulos de depósitos orgânicos em dutos onde ocorre o transporte do petróleo o que prejudica o fluxo do produto. Nesse contexto, as ligas quasicristalinas possuem excelentes propriedades superficiais para a proteção de dutos de petróleo, diminuindo a aderência de compostos nas paredes dos dutos e promovendo proteção tribológica. No presente projeto propõe-se o estudo de ligas quasicristalinas e seus intermetálicos aproximantes que melhor se adequem a aplicação citada. O estudo buscará obter ligas a base de alumínio com baixo coeficiente de atrito, baixa energia de adesão superficial e elevada resistência à corrosão através de uma seleção de potenciais ligas na literatura e da fabricação dessas ligas e de variações composicionais das mesmas. Processos de fabricação como melt-spinning, atomização e aspersão térmica serão utilizados no projeto, que se encontra no contexto do projeto temático da FAPESP: Processamento e Caracterização de ligas metálicas amorfas, metaestáveis e nano-estruturadas. Entre os diversos métodos de caracterização que serão utilizados, os principais são: microscopia eletrônica de transmissão e varredura (MET e MEV), difração de raios X (DRX), calorimetria diferencial de varredura (DSC), ensaios de desgaste (pino sobre disco ou pino sobre placa) e ensaios de corrosão.

Revestimentos utilizados como barreiras térmica, TBC (thermal barrier coatings), vem sendo cada vez mais utilizados na proteção de componentes metálicos que trabalham em condições nas quais, corrosão, oxidação e desgaste estão presentes e intensificados devido as elevadas temperaturas de operação. Tradicionalmente, os TBCs são compostos por um sistema metal/cerâmica onde o substrato metálico (em geral aço ou liga de níquel) é protegido por uma camada cerâmica que promove isolamento térmico. No presente projeto propõe-se estudar ligas quasicristalinas como potenciais materiais de recobrimento para tal aplicação, buscando substituir os materiais cerâmicos de modo a diminuir os efeitos de tensões térmicas geradas na interface substrato/recobrimento decorrentes de elevadas diferenças de coeficientes de expansão térmica entre os diferentes materiais presentes nos TBCs tradicionais. Especificamente ligas do sistema Al-Co-Fe-Cr que formam fases quasicristalinas serão utilizadas na fabricação do TBC quasicristalino. O processo de aspersão térmica por HVOF (High Velocity Oxigen Fuel) será utilizado para a fabricação do revestimento. A liga e o revestimento serão caracterizados por difração de raios X (DRX), por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por microscopia eletrônica de transmissão (MET) de modo a identificar as fases presentes, bem como controlar a composição química do material. A liga quasicristalina também será caracterizada mecanicamente, através de ensaios de dureza e de compressão. Ensaios de calorimetria diferencial de varredura (DSC), dilatometria e condutividade térmica, serão realizados para avaliar o comportamento térmico da liga, muito importante para a aplicação de TBC.

Diversas ligas metálicas nano-estruturadas a base de Al contendo diferentes tipos de nanodispersões, incluindo as de fases nano-quasicristalinas, tem sido desenvolvidas nos últimos anos. Estas ligas apresentam grande interesse de utilização estrutural por apresentarem estabilidade térmica superior que as ligas de Al convencionais. No presente projeto usaremos diversas técnicas de solidificação rápida (solidificação em coquilha refrigerada e em sistema de centrifugação) e de consolidação (extrusão de pós ou obtidos por moagem de alta energia), para produzir ligas endurecidas a base de Al. Após processamento, as ligas serão caracterizadas em relação à microestrutura e à estabilidade térmica, sendo a etapa final deste projeto a caracterização mecânica através de testes de tração, compressão e desgaste.